Файл: Практическое занятие 4 Изучение конструкции газотурбинных установок.pdf

Практическое занятие №4
Изучение конструкции газотурбинных установок
Ход работы
Газотурбинные установки (ГТУ) – тепловые машины, в которых тепловая энергия газообразного рабочего тела преобразуется в механическую энергию. Основными компонентами являются: компрессор, камера сгорания и газовая турбина.
Газотурбинные установки состоят из двух основных частей, расположенных в одном корпусе, – газогенератора и силовой турбины. В газогенераторе, включающем в себя камеру сгорания и турбокомпрессор, создается поток газа высокой температуры, воздействующего на лопатки силовой турбины.
При помощи теплообменника производится утилизация выхлопных газов и одновременное производство тепла через водогрейный или паровой котел. Работа газотурбинных установок предусматривает использование двух видов топлива – газообразного и жидкого. В обычном режиме ГТУ работает на газе.
Атмосферный воздух поступает в компрессор, сжимается и под высоким давлением через воздухоподогреватель и воздухораспределительный клапан направляется в камеру сгорания.
Одновременно через форсунки в камеру сгорания подается газ, который сжигается в воздушном потоке.
Сгорание газовоздушной смеси образует поток раскаленных газов, который с высокой скоростью воздействует на лопасти газовой турбины, заставляя их вращаться.
Тепловая энергия потока горячего газа преобразуется в механическую энергию вращения вала турбины, который приводит в действие компрессор и электрогенератор.
Электроэнергия с клемм генератора через трансформатор направляется в потребительскую электросеть.
Горячие газы через регенератор поступают в водогрейный котел и далее через утилизатор в дымовую трубу.
Между водогрейным котлом и центральным тепловым пунктом (ЦТП) при помощи сетевых насосов организована циркуляция воды.
Нагретая в котле жидкость поступает в ЦТП, к которому осуществляется подключение потребителей.
Термодинамический цикл газотурбинной установки состоит из адиабатного сжатия воздуха в компрессоре, изобарного подвода теплоты в

камере сгорания, адиабатного расширения рабочего тела в газовой турбине, изобарного отвода теплоты.
В качестве топлива для ГТУ используется природный газ – метан. В аварийном режиме ГТУ переводится на частичную нагрузку, а в качестве резервного топлива используются дизельное топливо или сжиженные газы
(пропан-бутан).
Выделяют два основных режима работы, при которых эксплуатируются газотурбинные установки:
Стационарный. В этом режиме турбина работает при фиксированной номинальной или неполной нагрузке.
Переменный режим предусматривает возможность изменения мощности ГТУ. Необходимость изменять режим работы турбины может быть вызвана одной из двух причин: если изменилась потребляемая электрогенератором мощность ввиду изменения подключенной к нему нагрузки потребителей, и если изменилось атмосферное давление и температура забираемого компрессором воздуха.
К преимуществам газовых турбин относятся:
Простота устройства. Ввиду отсутствия котельного блока, сложной системы трубопроводов и множества вспомогательных механизмов металлозатраты на единицу мощности у газотурбинных установок значительно меньше.
Минимальный расход воды, которая в ГТУ требуется только для охлаждения подаваемого к подшипникам масла.
Быстрый ввод в работу. Для газовых турбоагрегатов время пуска из холодного состояния до принятия нагрузки не превышает 20 минут. Для паросиловой установки ТЭС пуск занимает несколько часов.
Недостатки:
В работе газовых турбоагрегатов используется газ с весьма высокой начальной температурой – более 550 градусов. Это вызывает трудности при практическом исполнении газовых турбин, так как требуются специальные жаростойкие материалы и особые системы охлаждения для наиболее нагреваемых частей.
Около половины развиваемой турбиной мощности расходуется на привод компрессора.
ГТУ ограничены по топливу, используется природный газ или качественное жидкое топливо.
Мощность одной газотурбинной установки ограничена 150 МВт.

Детали газовых турбин работают при температурах от 700 °С до 1200
°С, поэтому для обеспечения безаварийной работы наиболее напряженные по температуре детали газовой турбины сделаны охлаждаемыми. К таким деталям относятся четвертой ступени, диски от первой и до 4
охлаждения газовой турбины ГТУ V94
Из схемы видно, как воздух, отбираемый от последней ступени компрессора, подается на охлаждение диска и РЛ 1
отбираемый от 12 ступени компрессора, подается на охлаждение дисков и РЛ
2, 3 и 4 ступеней.
В рабочие лопатки воздух попадает через замок лопатки и далее, проходя по внутренней поверхности лопатки, выходит через отверстия в кромке лопатки и частично через отверстия на вогнутой стороне лопатки создавая воздушно-пленочную защиту от воздействия раскаленных наиболее подверженной термическим нагрузкам.
Компрессор –
механической энергии двигателя в полезную потенциальную (в виде давления и температуры) и кинетическую (в виде скорости) энергию газа. К компрессору ГТД предъявляются следующие требования: заданного секундного расхода воздуха; повышения давления; пульсации, работы в широком диапазоне частоты вращения ротора компрессора характеризуют следующие основные параметры: воздуха G, кг/с, определяется количеством воздуха, прошедшим через компрессор за одну секунду; 9 етали газовых турбин работают при температурах от 700 °С до 1200
°С, поэтому для обеспечения безаварийной работы на заданный ресурс наиболее напряженные по температуре детали газовой турбины сделаны охлаждаемыми. К таким деталям относятся рабочие лопатки четвертой ступени, диски от первой и до 4-й ступени Общая схема охлаждения газовой турбины ГТУ V94.3А представлена на рис.
Из схемы видно, как воздух, отбираемый от последней ступени компрессора, подается на охлаждение диска и РЛ 1- отбираемый от 12 ступени компрессора, подается на охлаждение дисков и РЛ ие лопатки воздух попадает через замок лопатки и далее, проходя по внутренней поверхности лопатки, выходит через отверстия в кромке лопатки и частично через отверстия на вогнутой стороне лопатки пленочную защиту от воздействия раскаленных наиболее подверженной термическим нагрузкам.
– это машина, предназначенная для преобразования механической энергии двигателя в полезную потенциальную (в виде давления и температуры) и кинетическую (в виде скорости) энергию газа. К ссору ГТД предъявляются следующие требования: заданного секундного расхода воздуха; – обеспечение заданной степени повышения давления; – обеспечение устойчивой, т. е. без помпажа и пульсации, работы в широком диапазоне частоты вращения ротора компрессора характеризуют следующие основные параметры: воздуха G, кг/с, определяется количеством воздуха, прошедшим через компрессор за одну секунду; 9 – степень повышения воздухав компрессоре:
Рисунок 1 -
Система охлаждения
ГТУ V94.А етали газовых турбин работают при температурах от 700 °С до 1200 на заданный ресурс наиболее напряженные по температуре детали газовой турбины сделаны абочие лопатки от первой и до й ступени Общая схема
.3А представлена на рис. 1
Из схемы видно, как воздух, отбираемый от последней ступени
-й ступени. Воздух, отбираемый от 12 ступени компрессора, подается на охлаждение дисков и РЛ ие лопатки воздух попадает через замок лопатки и далее, проходя по внутренней поверхности лопатки, выходит через отверстия в кромке лопатки и частично через отверстия на вогнутой стороне лопатки пленочную защиту от воздействия раскаленных газов, это машина, предназначенная для преобразования механической энергии двигателя в полезную потенциальную (в виде давления и температуры) и кинетическую (в виде скорости) энергию газа. К ссору ГТД предъявляются следующие требования: – обеспечение обеспечение заданной степени обеспечение устойчивой, т. е. без помпажа и пульсации, работы в широком диапазоне частоты вращения ротора. Работу компрессора характеризуют следующие основные параметры: – расход воздуха G, кг/с, определяется количеством воздуха, прошедшим через степень повышения воздухав компрессоре:

Газотурбинная установка, ГТУ. Газотурбинный двигатель и все основное оборудование, необходимое для генерирования энергии в полезной форме.
Газотурбинный двигатель открытого цикла. Газотурбинный двигатель, в котором воздух поступает из атмосферы, а выхлопн отводятся в атмосферу.
Газотурбинный двигатель замкнутого цикла. Газотурбинный двигатель, в котором рабочее тело циркулирует по замкнутому контуру без связи с атмосферой.
Газотурбинный двигатель полузамкнутого цикла. Газотурбинный двигатель, в котором используется горение в рабочем теле, частично рециркулирующим и частично заменяемым атмосферным воздухом.
Газотурбинный двигатель простого цикла. Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого состоит только из следующих друг за другом процессов сжатия, нагрева и расширения рабочего тела.
Газотурбинный двигатель регенеративного цикла. Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого отличается наличием регенеративного охлаждения рабочего тела на выходе из газовой турбины и соответственно регенеративного подогрева воздуха за компрессором.
Газотурбинный двигатель с циклом промежуточного охлаждения.
Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого включает охлаждение рабочего тела в процессе его сжатия.
Рисунок 2 - Схема центробежного компресс
1 – неподвижный лопаточный аппарат;
2 – вращающийся лопаточный аппарат;
3 – рабочее колесо;
4 – безлопаточный (щелевой) диффузор;
5 – лопаточный диффузор;
6 – выходное устройство
(сборная улитка)
Газотурбинная установка, ГТУ. Газотурбинный двигатель и все основное оборудование, необходимое для генерирования энергии в полезной
Газотурбинный двигатель открытого цикла. Газотурбинный двигатель, в котором воздух поступает из атмосферы, а выхлопн отводятся в атмосферу.
Газотурбинный двигатель замкнутого цикла. Газотурбинный двигатель, в котором рабочее тело циркулирует по замкнутому контуру без
Газотурбинный двигатель полузамкнутого цикла. Газотурбинный тором используется горение в рабочем теле, частично рециркулирующим и частично заменяемым атмосферным воздухом.
Газотурбинный двигатель простого цикла. Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого состоит только из следующих друг за цессов сжатия, нагрева и расширения рабочего тела.
Газотурбинный двигатель регенеративного цикла. Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого отличается наличием регенеративного охлаждения рабочего тела на выходе из газовой турбины и твенно регенеративного подогрева воздуха за компрессором.
Газотурбинный двигатель с циклом промежуточного охлаждения.
Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого включает охлаждение рабочего тела в процессе его сжатия.
Схема центробежного компрессора: неподвижный лопаточный вращающийся лопаточный рабочее колесо; безлопаточный (щелевой) лопаточный диффузор; выходное устройство
(сборная улитка)
Газотурбинная установка, ГТУ. Газотурбинный двигатель и все основное оборудование, необходимое для генерирования энергии в полезной
Газотурбинный двигатель открытого цикла. Газотурбинный двигатель, в котором воздух поступает из атмосферы, а выхлопные газы
Газотурбинный двигатель замкнутого цикла. Газотурбинный двигатель, в котором рабочее тело циркулирует по замкнутому контуру без
Газотурбинный двигатель полузамкнутого цикла. Газотурбинный тором используется горение в рабочем теле, частично рециркулирующим и частично заменяемым атмосферным воздухом.
Газотурбинный двигатель простого цикла. Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого состоит только из следующих друг за цессов сжатия, нагрева и расширения рабочего тела.
Газотурбинный двигатель регенеративного цикла. Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого отличается наличием регенеративного охлаждения рабочего тела на выходе из газовой турбины и твенно регенеративного подогрева воздуха за компрессором.
Газотурбинный двигатель с циклом промежуточного охлаждения.
Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого включает

Газотурбинный двигатель с циклом промежуточного подогрева.
Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого включает подогрев рабочего тела в процессе его расширения.
Установка комбинированного цикла. Установка, термодинамический цикл которой включает комбинацию двух циклов, при которой теплота отработавших в газотурбинном двигателе газов в первом цикле используется для нагрева другого рабочего тела во втором цикле.
Одновальный газотурбинный двигатель. Газотурбинный двигатель, в котором роторы компрессора и газовой турбины соединены, и мощность отбирается непосредственно с выходного вала или через редуктор.
Многовальный газотурбинный двигатель. Газотурбинный двигатель, имеющий, по крайней мере, две газовые турбины, вращающиеся на независимых валах.
Газотурбинный двигатель с отбором воздуха (газа). Газотурбинный двигатель, в котором для внешнего использования предусмотрен отбор сжатого воздуха между ступенями компрессора и/или на выходе из компрессора (горячего газа на входе в турбину и/или между ступенямитурбины).
Камера сгорания (основного (промежуточного) подогрева).
Устройство газотурбинного двигателя для основного (промежуточного) подогрева рабочего тела.
Подогреватель рабочего тела. Устройство подогрева поступающего в него рабочего тела без смешивания его с продуктами сгорания топлива.
Регенератор/рекуператор. Теплообменный аппарат, предназначенный для передачи теплоты отработавших в турбине газов рабочему телу.
Предварительный охладитель. Теплообменный аппарат, предназначенный для охлаждения рабочего тела ГТД перед его первоначальным сжатием.
Промежуточный охладитель. Теплообменный аппарат, предназначенный для охлаждения рабочего тела ГТД в процессе его сжатия.
Система управления. Система, используемая для управления, защиты, контроля и отображения информации о состоянии промышленной газотурбинной установки (газотурбинного двигателя) на всех режимах работы.